Perancangan dan Simulasi Sensor Volume Zat Cair berbasis Metamaterial Rektangular

Authors

  • Romi Fadli Syahputra Universitas Muhammadiyah Riau http://orcid.org/0000-0002-1915-5788
  • Nurul Aisah Universitas Muhammadiyah Riau
  • Delovita Ginting Universitas Muhammadiyah Riau
  • Debi Yana Universitas Muhammadiyah Riau
  • Ropiqotul Husna Universitas Muhammadiyah Riau
  • Neneng Fitrya Universitas Muhammadiyah Riau
  • Iwantono Iwantono Universitas Riau
  • Saktioto Saktioto Universitas Riau

DOI:

https://doi.org/10.26418/positron.v13i2.69410

Keywords:

Metamaterial, Sensor, Volume, Zat Cair.

Abstract

Pengukuran volume zat cair yang sensitif dapat dicapai menggunakan alat ukur atau sensor. Akan tetapi sensor volume zat cair tidak banyak mengembangkan, padahal pengukuran volume berdampak langsuang pada   nilai ekonomis, keberhasilan penelitian ilmiah,   dan kemanjuran dosis obat. Penelitian yang telah dilakukan hanya sebatas pada pengukuran pada kenaikan permukaan zat cair   dalam kenaikan tandon. menggunakan sensor fotodioda. Metamaterial telah banyak dikembangakan sebagai sistem sensor yang sensitif karena berbasis gelombang elektromagnetik, namun belum spesifik mengkajinya sebagai sensor volume zat cair. Tujuan penelitian ini adalah untuk merancang dan menyimulasikan penggunaan sensor metamaterial yang sensitif dalam pengukuran volume zat cair.  Sensor didesain dengan prinsip split ring resonator berbentuk rektangular (SRR-R) yang terdiri   dari cincin logam tembaga dan substrat FR4-Epoxy. Sensor SRR-R disimulasikan pada rentang frekuensi 350-850 MHz untuk mendeteksi perubahan volume zat cair (aquades, air tawar dan etanol) dari 5 - 44 ml. Hasil simulasi menunjukan terjadinya pergeseran frekuensi resonan spektrum S21 yang  jelas untuk masing-masing zat cair. Pergeseraan frekuensi resonan untuk sampel aquades terjadi pada frekuensi 403 "“ 527 MHz, air tawar 403 "“ 528 MHz, dan etanol 60 "“ 783 MHz. Distribusi medan E dan medan H menunjukan nilai maksimum sebesar 18662 V.  dan 43771 A. . Karakteristik kurva linier terjadi dalam rentang volume 12-44 ml untuk semua sampel zat cair. Sensor metamaterial SRR-R berhasil disimulasikan untuk mendeteksi perubahan volume zat cair dengan sensitivitas pengukuran aquades -1.3999 MHz/ml, air tawar -2.6833 MHz/ml, adan etanol -3.5685 MHz/ml.

References

Hoyle, J. D. , Ekblad, G. , Hover, T. , Woodwyk, A. , Brandt, R. , Fales, B. , and Lammers, R. L. , Dosing Errors Made by Paramedics During Pediatric Patient Simulations After Implementation of a State-Wide Pediatric Drug Dosing Reference, Prehospital Emergency Care, 24(2), pp.204–213, 2020.

Hoyle, J. D. , Crowe, R. P. , Bentley, M. A. , Beltran, G. , and Fales, W. , Pediatric Prehospital Medication Dosing Errors: A National Survey of Paramedics, Prehospital Emergency Care, 21(2), pp.185–191, 2017.

Robhani, H. A. and Ro’uf, A. , Perancangan Flowmeter Ultrasonik untuk Mengukur Debit Air Pada Pipa, Indonesian Journal of Electronics and Instrumentation Systems, 8(1), pp.83, 2018.

Susanti and Firdayanti, Buku Ajar Kimia Klinik 1, PT Nasya Expanding Management (NEM), 2021.

Noer, Z. and Ritinga, S. I. ,Alat-alat Laboratorium Tingkat Universitas Kategori 1,Guepedia, 2021.

Anjarsari, L. A. , Surtono, A. , and Supriyanto, A., Desain dan realisasi alat ukur massa jenis zat cair berdasarkan hukum archimedes menggunakan sensor fotodioda, Jurnal Teori dan Aplikasi Fisika, 3(1), pp.123–130, 2015.

Mohindru, P. , Development of liquid level measurement technology: A review, Flow Measurement and Instrumentation, 89(1), pp.102295, 2023.

Natividad, J. G. and Mendez, J. M., Flood Monitoring and Early Warning System Using Ultrasonic Sensor, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 325(1), 2018.

Shalaev, W. and Cai, V., Optical Metamaterial,Springer, 2009.

Abdulkarim, Y. I. , Deng, L. , Alt, O. , Ünal, E. , and Karaaslan, M. , Metamaterial absorber sensor design by incorporating swastika shaped resonator to determination of the liquid chemicals depending on electrical characteristics, Physica E-Low-dimensional Systems and Nanostructures, 114(1), pp.1–10, 2019.

Gennarelli, G. , Romeo, S. , Scarfì, M. R. , and Soldovieri, F. , A Microwave Resonant Sensor for Concentration Measurements of Liquid Solutions, IEEE Sensors Journal, (5), pp.1–8, 2013.

Karimi, M. A. , Arsalan, M. , and Shamim, A. , Multi-Channel, Microwave-Based, Compact Printed Sensor for Simultaneous and Independent Level Measurement of Eight Liquids, IEEE Sensors Journal, 19(14), pp.5611–5620, 2019.

A. De Marcellis, E. Palange, M. Janneh, C. Rizza, A. C. dan S. M. , Optimisation of the detection sensitivity of plasmonic nanoantenna based sensors for mid-infrared spectroscopy, Procedia Engineering, 120pp.1179–1182, 2015.

Saadeldin, A. S. , Hameed, M. F. O. , Elkaramany, E. M. A. , and Obayya, S. S. A. , Highly Sensitive Terahertz Metamaterial Sensor, IEEE Sensors Journal, 19(18), pp.7993–7999, 2019.

Yang, J. and Lin, Y. S. , Design of tunable terahertz metamaterial sensor with single-and dual-resonance characteristic, Nanomaterials, 112021.

Li, F. , He, K. , Tang, T. , Mao, Y. , Wang, R. , Li, C. , and Shen, J. , The terahertz metamaterials for sensitive biosensors in the detection of ethanol solutions, Optics Communications, 475(1), pp.1–6, 2020.

Oon, C. S. , Ateeq, M. , Shaw, A. , Al-Shamma’A, A. , Kazi, S. N. , and Badarudin, A. , Experimental study on a feasibility of using electromagnetic wave cylindrical cavity sensor to monitor the percentage of water fraction in a two phase system, Sensors and Actuators, A: Physical, pp.140–149, 2016.

Pandit, N. , Jaiswal, R. K. , and Pathak, N. P. , Plasmonic Metamaterial-Based Label-Free Microfluidic Microwave Sensor for Aqueous Biological Applications, IEEE Sensors Journal, 20(18), pp.10582–10590, 2020.

Cai, J., Zhou, Y. J. , and Yang, X. M. , A metamaterials-loaded quarter mode SIW microfluidic sensor for microliter liquid characterization, Journal of Electromagnetic Waves and Applications, 33(3), pp.261–271, 2019.

Govind, G. and Akhtar, M. J. , Metamaterial-inspired microwave microfluidic sensor for glucose monitoring in aqueous solutions, IEEE Sensors Journal, 19(24), pp.11900–11907, 2019.

Syahputra, R, F., Soerbakti, Y Riad Syech, Erman Taer, S. , Effect of Stripline Number on Resonant Frequency of Hexagonal Split Ring Resonator Metamaterial, Jurnal Aceh Physics Society, 13(1), pp.104–116, 2020.

Aristov, A. I. , Manousidaki, M. , Danilov, A. , Terzaki, K. , Fotakis, C. , Farsari, M. , and Kabashin, A. V. , 3D plasmonic crystal metamaterials for ultra-sensitive biosensing, Scientific Reports, pp.1–8, 2016.

Sreekanth, K. V. , ElKabbash, M. , Alapan, Y. , Ilker, E. I. , Hinczewski, M. , Gurkan, U. A. , and Strangi, G. , Hyperbolic metamaterials-based plasmonic biosensor for fluid biopsy with single molecule sensitivity, EPJ Applied Metamaterials, pp.1–8, 2017.

Juan, C. G. , Bronchalo, E. , Potelon, B. , Quendo, C. , Ãvila-Navarro, E. , and Sabater-Navarro, J. M. , Concentration Measurement of Microliter-Volume Water-Glucose Solutions Using Q Factor of Microwave Sensors, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 68(7), pp.2621–2634, 2019.

Zhang, R. , Chen, Q. , Liu, K. , Chen, Z. , Li, K. , Zhang, X. , Xu, J. , and Pickwell-Macpherson, E. , Terahertz Microfluidic Metamaterial Biosensor for Sensitive Detection of Small-Volume Liquid Samples, IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 9(2), pp.209–214, 2019.

Subekti, A., Cahyono, B.E., Misto, and Nugroho, A.T., Static characteristics analysis of ultrasonic sensor HC-SR 04 and its application to water level monitoring based on Arduino Uno, AIP Conference Proceedings, 2663, 060006, 2022.

Downloads

Published

2023-11-30